鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的現(xiàn)狀和發(fā)展探討

張赟　吳曉羽

摘 要：文章綜述了鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的現(xiàn)狀、發(fā)展、機(jī)理、分類，結(jié)合工作實(shí)際評述了新產(chǎn)品在建筑中的實(shí)際應(yīng)用，并展望了鋼結(jié)構(gòu)防火涂料發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；防火涂料

中圖分類號：TU561 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）18-0138-02

隨著我國建筑業(yè)的不斷發(fā)展，建筑構(gòu)造的形式也日新月異，其中，鋼結(jié)構(gòu)建筑以其自身強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，并有良好的延伸性能、抗震性能并且具備施工周期短等特點(diǎn)，在建筑業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，尤其在高層建筑以及大跨度建筑等方面顯示出了強(qiáng)大的影響力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上在100 m以上的高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)建筑占了總數(shù)的約79%。近年來，隨著相關(guān)技術(shù)的完善，鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)在我國也得到了長足地應(yīng)用。在我國高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)建筑占了37%，多數(shù)是近幾年建設(shè)起來的。隨著我國各地城鎮(zhèn)化速度的穩(wěn)步推進(jìn)，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)在我國建筑領(lǐng)域中將擁有更加廣闊的遠(yuǎn)景。但由于其自身的缺陷讓鋼結(jié)構(gòu)建筑出現(xiàn)了很多的瑕疵，建筑的質(zhì)量安全與消防安全對鋼結(jié)構(gòu)建筑影響是最大的，如何處理好這兩方面的問題是最急需要考慮的問題。

1 火災(zāi)中鋼結(jié)構(gòu)建筑所暴露出來的問題

鋼結(jié)構(gòu)建筑雖然自身是不燃燒體，但因其耐火性能差，在實(shí)際火場的高溫下，其強(qiáng)度、彈性系數(shù)等都會明顯降低，當(dāng)溫度達(dá)到600℃時，鋼材就會完全喪失其強(qiáng)度和硬度。

①鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)的夾芯材料防火性能不佳。鋼結(jié)構(gòu)廠房多用夾芯的彩鋼板做墻體和分隔材料，而該芯材多是聚氨脂泡沫、聚苯乙烯等易燃或可燃材料填充，且燃燒時會產(chǎn)生有毒氣體，易造成人員傷亡，2013年消防局已經(jīng)正式下文杜絕使用此類易燃有毒的彩鋼板。

②鋼結(jié)構(gòu)因自身的抗火性能很差，受熱極易垮塌，不利于消防官兵進(jìn)行火災(zāi)撲救和人員物質(zhì)的疏散。無保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)屋架，耐火極限只有15 min，同時，所造成的鋼結(jié)構(gòu)倒塌將嚴(yán)重影響火災(zāi)撲救，消防官兵無法進(jìn)入建筑內(nèi)部實(shí)施撲救，無法直接撲滅著火點(diǎn)。

2 對鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化以及對裸露結(jié)點(diǎn)的保護(hù)

在火場中，使鋼結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性的溫度約為500℃，在我們常見的火場溫度有800～1 000℃，此時，裸露結(jié)點(diǎn)會很快出現(xiàn)變形和坍塌，這就要求對容易起火、火災(zāi)負(fù)荷大的部位應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)化，如可適當(dāng)加密鋼柱的間距，從而提升隔墻的防火承載能力。同時，也應(yīng)采用噴涂防火涂料對裸露的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)。

3 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的歷程

防火涂料是建筑材料中的重要成員。自防火涂料配方被研制出來，防火涂料不斷向前發(fā)展，效能也得到了及大的提升，后來又出現(xiàn)了膨脹型防火涂料。我國防火涂料的歷程，較發(fā)達(dá)國家晚5～10 a，但現(xiàn)在的發(fā)展速度已經(jīng)有迎頭趕上的架勢了。不論品種類型、性能效果還是適用標(biāo)準(zhǔn)上看，已經(jīng)接近國際領(lǐng)先水平。

4 防火涂料的機(jī)理

防火涂料的機(jī)理可歸納為以下五點(diǎn)：

①本身為不燃材料，使被保護(hù)的材料不直接充分地與空氣接觸，延緩被保護(hù)材料著火并減緩燃燒速度。

②具有導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn)，可以阻止燃燒時高溫向被保護(hù)材料的傳遞時間和速度。

③氮系防火涂料受熱分解出NO、NH3等氮化產(chǎn)物，和有機(jī)游離基化合，阻斷連鎖反應(yīng)，抑制燃燒。

④受熱分解會產(chǎn)生惰性氣體，充斥在了被保護(hù)材料受熱分解出的可燃?xì)怏w周邊，使之燃燒速度減緩。

⑤膨脹型防火涂料受到高溫后膨脹發(fā)泡，同泡沫滅火機(jī)理形成泡沫隔熱層將被保護(hù)材料覆蓋，延遲熱量向被保護(hù)材料的傳遞，抑制物體著火燃燒。

5 按成分的分類

①一般的防火涂料主要用于木材、人造板等板材上，如用在建筑的木質(zhì)屋架、頂棚等表面。

②膨脹型防火涂料又劃分為乳液膨脹型防火涂料、溶劑膨脹型防火涂料和膨脹無毒型防火涂料。

③乳液膨脹型防火涂料和溶劑膨脹型防火涂料主要用于常規(guī)建筑物上。

④膨脹無毒型防火涂料主要用于保護(hù)電絕緣管、聚乙烯管道上。

6 按效果分類

6.1 厚型

厚型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是指涂層厚度在7～50 mm的涂料，此類防火涂料的耐火極限之多可達(dá)到3 h。高溫中涂層表面不發(fā)生膨脹，依靠不燃、低導(dǎo)熱和吸熱性，大幅延緩了鋼結(jié)構(gòu)的升溫。與其他涂料相比，除開具有水溶型防火涂料的部分特點(diǎn)之外，因?yàn)槠鋸淖陨淼幕|(zhì)到添加劑均為無機(jī)物，所以成本低廉。然而由于其成分采用無機(jī)材料，其防火性能較穩(wěn)定，縱使長期使用其性能也能保證，但其涂料成分的粒質(zhì)過大，導(dǎo)致其外觀會有凹凸不平的現(xiàn)象，影響了鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體外觀視覺，因此此類型多用于隱蔽的工程。實(shí)際中，多層工業(yè)或民用建筑、高層民用建筑的鋼柱中支承柱的耐火極限要求達(dá)到3 h，此時要達(dá)到耐火標(biāo)準(zhǔn)采用此類厚型防火涂料進(jìn)行保護(hù)為最佳選擇。

6.2 薄型

薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是指涂層厚度在3～7 mm的涂料，此類涂料受火時會發(fā)生膨脹發(fā)泡現(xiàn)象，其機(jī)理也是以膨脹發(fā)泡形成耐火隔熱的泡沫層，借此來延緩被保護(hù)鋼材的升溫，其耐火極限在2 h以內(nèi)。對此類防火涂料，所選用的水基型的混合物必須對鋼結(jié)構(gòu)基材具備較好的附著力、耐水性和耐久性。其視覺美觀效果比厚型防火涂料強(qiáng)，但差于超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。

6.3 超薄型

超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是指涂層厚度不超過3 mm的涂料，此類防火涂料遇到高溫也是發(fā)生膨脹發(fā)泡現(xiàn)象，其形成的致密防火隔熱泡沫層，使耐火極限一般控制在2 h左右，也是近幾年發(fā)展起來的新新品種。與之前所述的厚型與薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料相比，超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的附著力更強(qiáng)，涂層更薄，視覺美觀性也好。在滿足消防規(guī)范的同時也能滿足視覺美觀性的要求，尤其針對有大量裸露結(jié)點(diǎn)的鋼結(jié)構(gòu)建筑中，此類涂料更是備受好評的涂料。于此同時，由于此類防火涂料涂層需要敷設(shè)的表面很薄，使得對材料的需求大幅減少，從而降低了涂料的成本費(fèi)用，于此同時還能讓鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火保護(hù)達(dá)到消防規(guī)范要求，性能效果很好，勢必成為今后行業(yè)發(fā)展的趨勢。

6.4 礦物棉型

礦物棉型防火涂料是繼厚型防火涂料之后的進(jìn)一步升級材料，其與厚型防火涂料所采用的珍珠巖系列和氯氧鎂水泥珍珠巖系列涂料相比，其礦物纖維基料對涂層強(qiáng)度起到了增強(qiáng)作用，起到防火、隔熱和吸音的效果。實(shí)際應(yīng)用中，已廣泛使用的是快干型礦物棉型防火涂料，在施工條件有限的工地使用時，具備了降低施工難度、降低成本和降低干燥時間等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

7 結(jié)合工程實(shí)際展望新技術(shù)

在筆者于2013年7月驗(yàn)收的荊溪鎮(zhèn)小城鎮(zhèn)規(guī)劃建設(shè)展示館項(xiàng)目中，建設(shè)方就采用了武漢武立涂料有限公司出品的室內(nèi)薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料來處理該建筑的耐火性能，經(jīng)公安部消防產(chǎn)品合格評定中心抽檢，由國家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心出具的檢驗(yàn)報告顯示，該NB室內(nèi)薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料在涂層厚度4.7 mm時，耐火性能試驗(yàn)時間為3.0 h，符合規(guī)定的耐火時間要求，其余各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均合格。該NCB室內(nèi)超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料在涂層厚度2.00 mm（含防銹漆厚度0.04 mm）時，耐火性能試驗(yàn)時間為2.1 h，符合規(guī)定的耐火時間要求，其余各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均合格。從而滿足了規(guī)范要求的鋼柱3 h，鋼梁2 h的要求。

由此得知，國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了耐火性能達(dá)到或超過3 h的薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料新品種，它主要是以特殊結(jié)構(gòu)的丙烯酸乳液作為基料粘合劑，附以高聚合度聚磷酸銨、季戊四醇（95%含量）、三聚氰胺（一等品）等為防火阻燃體系，添加鈦白粉、膨脹石墨等無機(jī)耐火材料，以200#溶劑油為溶劑復(fù)合而成。各種輕鋼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架等已經(jīng)可以采用該類型防火涂料進(jìn)行防火保護(hù)。由于該類防火涂料涂層薄，使得使用量較厚型防火涂料大大減少，從而降低了工程費(fèi)用，又使鋼結(jié)構(gòu)得到了有效的防火保護(hù)，防火效果很好。

隨著對環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，防火涂料的環(huán)保性能也提上了發(fā)展日程，向著低污染、高性能的方向提升。水基型防火涂料由于安全無毒、對環(huán)境影響小，成為今后發(fā)展的重要方向。其中，又以無機(jī)型防火涂料具備的不燃性、耐高溫性，即使高溫作用也不會產(chǎn)生有害氣體的優(yōu)良因素，讓其在防火涂料發(fā)展中越來越受到重視。如硅酸鹽膨脹型防火涂料，就是用梯次發(fā)泡的原理，讓低溫發(fā)泡層與高溫發(fā)泡層的融合，解決了火場高溫中鋼結(jié)構(gòu)前期導(dǎo)熱升溫快和后期涂層融化的問題。另外，采用膨脹型和非膨脹型防火涂料相結(jié)合的方法也是重要的研究方向，即涂料的配方中既有膨脹型的材料，又含有較多耐火基料的成分，再加入高熔點(diǎn)的無機(jī)纖維材料等，使防火涂層在火場高溫的作用下形成膨脹率很低的高強(qiáng)度碳素表面，確保表面能夠長時間在火場中迎火而不會造成脫落。

8 結(jié) 語

總之，隨著我國建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)基材作為一種相當(dāng)好的建筑材料，其應(yīng)用也將越來越廣泛。鋼結(jié)構(gòu)建筑廣泛應(yīng)用后的消防安全問題，直接關(guān)系著廣大人民群眾人生和財(cái)產(chǎn)的安全。然而鋼結(jié)構(gòu)建筑在耐火性能上存在著先天不足，為了創(chuàng)造出更好的消防安全環(huán)境，我們著手大力發(fā)展新型防火涂料是非常重要的和刻不容緩的。新的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料產(chǎn)品的不斷問世和深入發(fā)展，也促進(jìn)著消防事業(yè)的發(fā)展，在保護(hù)國家和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全中發(fā)揮了其重大作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] CECS 24-90，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 14907-2002，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料[S].

[3] GB 14907-94，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料通用技術(shù)條件[S].